人行过街地道工程开挖掌子面稳定性分析

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1、第2期(总第184期)2016年4月中圄彳鹾z靠CHINAMUNICIPALENGINEERINGNo．2(SerialNo．184)Apr．2016DOI：IO．3969／j．issn．1004-4655．2016．02．031人行过街地道工程开挖掌子面稳定性分析元翔(上海嘉定交通发展集团有限公司，上海201899)摘要：对应于管棚支护下的开挖掌子面，分析掌子面上方管棚的荷载传递特性。通过管棚荷载传递计算，研究开挖过程中释放荷载通过管棚作用传递到支护结构及未开挖段土体上的过程，传递荷载大小及影响范围与开挖进尺、地基反力有关。利

2、用建立掌子面稳定性的3D解析式对某人行过街地道工程掌子面的稳定性进行计算分析。结果表明，暗挖隧道大断面的掌子面稳定性不能满足要求，分导洞开挖后，导洞的掌子面稳定性大于规范规定，能满足要求。关键词：人行过街地道；管棚；掌子面；稳定性中图分类号：U412．373．1文献标志码：A文章编号：1004—4655(2016)02—0092—04管棚法作为浅埋暗挖隧道的一种辅助工法，在防止隧道塌方、控制地表沉降等方面发挥着重要作用，尤其是隧道下穿公路、铁路、地表已有的构筑物、建筑物等地下工程施工时，管棚法更是首选的辅助工法之一，因而该工法在

3、隧道及地下工程中得到广泛的应用[1-21。在研究管棚超前预支护的同时，对管棚支护下开挖掌子面的稳定性进行深人研究。本文分析在管棚支护下的开挖掌子面上方管棚的荷载传递特性，建立掌子面稳定性的3D解析算式，并对某人行过街地道工程管棚支护下暗挖隧道的掌子面稳定性进行计算分析。1管棚支护下的掌子面稳定分析1．1掌子面上方管棚的荷载传递特性管棚支护条件下掌子面稳定分析是将无支护条件下隧道掌子面上方的松弛土体荷载转换为管棚支护条件下地基反力作用于支护下方围岩的边坡稳定问题。隧道开挖过程中管棚对隧道掌子面稳定性影响是：管棚支撑开挖区域土体(开

4、挖段未支护土体)保持其3D受力状态，释放应力传递到掌子面后方收稿日期：2015—12—10作者简介：元翔(1984_)，男，工学博士，主要从事工程项目建设管理工作。92支护区域和掌子面前方的地层上，减少掌子面及其前方一定距离地层的应力、应变，降低地层受力强度，增强隧道掌子面的稳定性。管棚在发挥梁效应过程中，管棚与地基间存在着一定的接触应力，管棚相当于地基弹性梁的作用。管棚作用于支撑围岩的地基反力见式(1)。p(石)=kw—q丽d2w(1)式中：P(X)为管棚作用于支护围岩的地基反力，kN；k为基床系数，kN／m3；W为管棚的绕度

5、，m；G。为表征土性质的参数，kN／m。采用简化管棚支护体系，将单根管棚抽出，未开挖段土体和支护对管棚作用以Winkler弹簧代替，将棚架体系视作由弹性地基梁为基本单位组成的体系结构(见图1)。建立对管棚作用的分析模型(见图2)。管棚采用梁模拟，未开挖段和支护段对管棚作用以Winkler弹簧模拟，梁的弹性模量为E，截面惯性矩为，，开挖段管棚受上部均布荷载g，管棚全长，，未开挖长度a，开挖段长度(ab—a)，支护段长度C，未开挖段的弹簧系数k．，开挖段弹簧系数如。考虑套拱作用，管棚两端固定约束，求出掌子面上方管棚分担开挖土体释放应

6、力。然后得出未开挖段管棚所受地基反力即为掌子面所受上部荷载的作用力[3-51。中圄彳盛工铝元翔：人行过街地道工程开挖掌子面稳定性分析2016年第2期图1弹性地基模型示意图目未开挖段n1_t／管棚口F—————M——fPL——。。—吐之护段图2管棚作用分析模型示意图1．2掌子面稳定性的3D解析分析在管棚支护模式下，隧道掌子面稳定是在掌子面前方管棚对支撑围岩作用地基反力时的边坡稳定问题。根据暗挖隧道的最基本稳定性要求，提出以隧道围岩表面刚好达到剪切塑性极限为临界条件，考虑围岩性质、隧道尺寸、埋深等对掌子面稳定性的影响，确定掌子面稳定

7、性安全系数的解析方法。【6】计算模型见图3。爿刈I'0≮zF?9o。}』{1／D‘＼’注：Ⅳl为底面法向压力，kN；M为侧面法向压力，kN；Ti为底面切向力，kN；疋为侧面切向力，kN；Al为滑块底面ADE面积，m2；A2为滑块侧面CDE面积，m2二图3掌子面稳定模型示意图为简化计算，假设掌子面土体的滑动为四棱椎体ABCDE，椎体沿着底面ADE滑动发生剪切破坏。对整个滑块的受力特点，建立如下假设条件。1)作为计算的初始状态，假定滑裂体完全没有变位。2)假设掌子面破坏形状沿隧道中线呈对称性分布，且顶面三角形水平。3)滑块处于极限状

8、态时，两个侧面ABE和CDE受静止土压力作用，底面ADE受主动土压力作用，且滑裂面的破坏准则满足Mohr—Coulomb准则。4)滑块侧面滑动轨迹分别为AF、DG，F、G为BE、CE的中点。5)土体滑裂面ADE倾角0可假定与朗肯主动状态的破裂角相同，即：0=45